JP2003273081A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理速度の低下やパーティクルの形成に確実
且つ容易に対処できるプラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 処理チャンバを介さずにクリーニングガ
スを排出できるバイパスラインを設けることにより、チ
ャンバなどの汚染を防ぎつつ効率的なクリーニングが可
能となる。また、放電管に加熱手段を付加することによ
り、反応生成物を加熱・蒸発させて迅速に除去できる。
また、輸送管の内壁に、フッ化アルミニウムなどの反応
生成物を予め被覆しておくことにより、経時的なプラズ
マ処理速度の変動を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特に、プラズマ発生室と処理室とが分離されて
いる「ダウンフロー型」のプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エッチング、アッシング、表面改質ある
いは薄膜堆積などのプラズマ処理は、半導体装置や液晶
ディスプレイをはじめとする各種製品の製造に利用され
ている。例えば、半導体製造用シリコンウェーハや液晶
ディスプレイ用ガラス基板上に形成した導電体膜や絶縁
膜などをプラズマ処理するに際して、プラズマ発生室と
処理室とを分離した「ダウンフロー型」のプラズマ処理
装置が用いられる場合がある。

【０００３】図１５は、従来のダウンフロー型プラズマ
処理装置の概略構成を表す模式図である。すなわち、ダ
ウンフロー型の装置の場合、プラズマ処理室１１０とプ
ラズマ発生室１２０とが輸送管１３０により連結された
構成を有する。

【０００４】プラズマ処理室１１０は、排気手段１１２
により減圧雰囲気を維持可能とされ、その内部に配置さ
れた載置台１１４の上に半導体ウェーハやガラス基板な
どの被処理物Ｗを載置することができる。

【０００５】プラズマ発生室１２０は、おもに放電管１
２２からなり、マイクロ波導波管１４０が隣接して設け
られている。放電管１２２は、マイクロ波に対する透過
率が高くエッチングされにくい材料により構成する必要
があり、通常は、アルミナまたは石英により形成され
る。導波管１４０を導波されてくるマイクロ波Ｍは、ス
リット１２０Ｃを介して放電管１２２の内部に導入され
る。一方、ガス導入口１２４からはプラズマ処理に必要
とされるプロセスガスＧが導入される。このようにして
導入されたプロセスガスＧにマイクロ波が作用し、プラ
ズマ発生領域１２０ＡにおいてプロセスガスＧのプラズ
マＰが励起される。

【０００６】プラズマＰにより活性化したプロセスガス
Ｇのラジカルなどのガス種（以下、「活性種」と称す
る）は、輸送管１３０を通ってプラズマ処理室１１０内
に載置された被処理物Ｗの表面に到達し、エッチングや
アッシングなどのプラズマ処理が行われる。

【０００７】例えば、被処理物Ｗとしてシリコン（Ｓ
ｉ）をエッチングする場合に、プロセスガスＧとして、
ＣＦ_４を用いることができる。この場合、プラズマ発生
領域１２０Ａにおいて形成されたプラズマＰの中には、
ＣＦ_３ ^＊、ＣＦ_２ ^＊、ＣＦ^＊、Ｆ^＊などの遊離基（ラジ
カル）やＣ_２Ｆ_６などの中間分解生成物が形成される。
これらの活性種がシリコンの表面に到達すると、ＣＦ_３
^＊、ＣＦ_２ ^＊は解離して活性なＦ^＊を生成し、このＦ^＊
がシリコンと反応してＳｉＦ_４を形成する。このＳｉＦ
_４は蒸気圧が高いため、減圧下でシリコン表面から急速
に脱離する。このようにしてシリコンのエッチングが進
行する。

【０００８】図１５に例示したようなダウンフロー型の
装置の場合、プラズマ処理室１１０とプラズマ発生室１
２０とが分離しているため、プラズマＰに含まれる荷電
粒子などによる被処理物Ｗへの影響を抑制できる。例え
ば、微細な半導体素子や絶縁膜のチャージアップによる
静電破壊などの問題を抑制できるという利点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなダ
ウンフロー型の装置の場合、プラズマ処理を繰り返す
と、処理速度の低下やパーティクルの発生による歩留ま
りの低下が生ずることがある。これは、放電管１２２を
構成する材料がプロセスガスのプラズマＰと反応して生
成物が形成されるからである。例えば、アルミナの放電
管１２２において、ＣＦ_４やＮＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ
_８などのフッ素（Ｆ）系ガスを用いてエッチングを行う
と、アルミナに含まれるアルミニウム（Ａｌ）がフッ素
（Ｆ）と反応してフッ化アルミニウムが生成される。こ
れに伴ってエッチング速度の低下が生じ、また、生成さ
れたフッ化アルミニウムが被処理物Ｗの上にパーティク
ルとして落下すると歩留まりを低下させるという問題が
生ずる。

【００１０】これらの問題を防ぐためには、放電管１２
２をクリーニングするか交換する必要がある。すなわ
ち、放電管１２２を大気開放して取り外し、新品と交換
するか、または研磨、薬液などにより洗浄する必要があ
る。しかし、このためにはクリーニング設備が必要とさ
れ、装置の稼働率も低下し、処理コストも高くなる。

【００１１】一方、ダウンフロー型の装置の場合、プラ
ズマ発生室１２０で生成された活性種が処理室１１０に
輸送される途中に金属材料が露出していると活性種が反
応して失活し、被処理物Ｗに対する処理速度が低下する
という問題がある。このため、従来は、輸送管１３０の
内壁面は、活性種と反応しにくい材料、例えば、四弗化
樹脂（ＰＴＦＥ）またはアルミナ等のセラミック材料な
どにより形成されていた。

【００１２】しかし、本発明の独自の検討の結果、輸送
管１３０の内壁面を活性種と反応しにくい材料で構成し
た場合でも、経時的に処理速度の低下が生ずることが分
かった。そして、この原因は、放電管１２２を構成する
材料とプロセスガスＧとの反応生成物が輸送管１３０の
内壁面に堆積するためであることが判明した。

【００１３】以上説明したように、従来のダウンフロー
型のプラズマ処理装置の場合、放電管１２２を構成する
材料とプロセスガスＧとが反応することにより、プラズ
マ処理を繰り返すと処理速度の低下やパーティクルの落
下などが生ずるという問題があった。

【００１４】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、処理速度の低下やパー
ティクルの形成に確実且つ容易に対処できるプラズマ処
理装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１のプラズマ処理装置は、ガス導入部
と、前記ガス導入部から導入されたガスに電磁波を作用
させてプラズマを生成するプラズマ発生室と、被処理物
を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処
理チャンバと、前記プラズマ発生室と前記処理チャンバ
とを接続する輸送管と、排気手段と、前記輸送管と前記
排気手段とを接続するバイパスラインと、を備え、前記
ガス導入部から導入されたガスを前記処理チャンバを介
さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排
出可能としたことを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、プラズマ発生室あるい
は輸送管をクリーニングする際に、クリーニングガスを
バイパスラインを介して流すことができるので、処理チ
ャンバを汚染する心配がない。

【００１７】また、本発明の第２のプラズマ処理装置
は、第１のガス導入部と、第２のガス導入部と、前記第
１及び第２のガス導入部の間に設けられ、これらのガス
導入部から導入されたガスに電磁波を作用させてプラズ
マを生成するプラズマ発生室と、被処理物を収容し大気
圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバ
と、前記プラズマ発生室の一端と前記処理チャンバとを
接続する輸送管と、排気手段と、前記プラズマ発生室の
他端と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、を
備え、前記第１のガス導入部から前記プラズマ発生室に
導入されたガスを前記輸送管及び前記処理チャンバを介
さず前記バイパスラインを介して前記排気手段により排
出可能としたことを特徴とする。

【００１８】上記構成によれば、、プラズマ発生室をク
リーニングする際に、クリーニングガスを輸送管も介す
ることなくバイパスラインを介して流すことができるの
で、処理チャンバのみならず輸送管を汚染する心配も解
消される。

【００１９】また、本発明の第３のプラズマ処理装置
は、放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中
に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成
するプラズマ発生室と、被処理物を収容し大気圧よりも
減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、前記プ
ラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管
と、前記放電管を加熱する加熱手段と、を備え、前記チ
ャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部
において前記プラズマを生成することにより分解したガ
スを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物
を処理可能としたプラズマ処理装置であって、前記加熱
手段により前記放電管を加熱することにより前記放電管
の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特
徴とする。

【００２０】上記構成によれば、放電管を大気開放し取
り外して洗浄する必要がなくなり、クリーニングを容易
にして装置のスループットも向上できる。

【００２１】また、本発明の第４のプラズマ処理装置
は、放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中
に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成
するプラズマ発生室と、被処理物を収容し大気圧よりも
減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、前記プ
ラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管
と、前記輸送管を加熱する加熱手段と、を備え、前記チ
ャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管の内部
において前記プラズマを生成することにより分解したガ
スを前記チャンバ内に導入することにより前記被処理物
を処理可能としたプラズマ処理装置であって、前記加熱
手段により前記輸送管を加熱することにより前記輸送管
の内壁に堆積した反応生成物を除去可能としたことを特
徴とする。

【００２２】上記構成によれば、輸送管を大気開放し取
り外してクリーニングする必要がなくなり、クリーニン
グを容易にして装置のスループットも向上できる。

【００２３】ここで、上記第３あるいは第４のプラズマ
処理装置において、排気手段と、前記輸送管と前記排気
手段とを接続するバイパスラインと、をさらに備え、前
記加熱手段の加熱により除去された前記反応生成物を前
記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前
記排気手段により排出可能としてもよい。

【００２４】このようにすれば、放電管あるいは輸送管
のクリーニングに際して、処理チャンバを汚染する心配
が解消される。

【００２５】また、上記第３のプラズマ処理装置におい
て、排気手段と、前記輸送管を介することなく前記放電
管と前記排気手段とを接続するバイパスラインと、をさ
らに備え、前記加熱手段の加熱により前記放電管の内壁
から除去された前記反応生成物を前記輸送管及び前記処
理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して前記排
気手段により排出可能とすれば、放電管のクリーニング
に際して、輸送管及び処理チャンバを汚染する心配が解
消される。

【００２６】また、上記第１乃至第４のプラズマ処理装
置において、前記被処理物を処理するためのプロセスガ
スを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段
と、前記プラズマ発生室あるいは前記輸送管の少なくと
もいずれかをクリーニングするためのクリーニングガス
を前記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段
と、をさらに備えたものとすれば、プロセスガスとクリ
ーニングガスを適宜切り替えることにより、プラズマ処
理とクリーニング処理を連続的に実施することも可能と
なる。

【００２７】一方、本発明の第５のプラズマ処理装置
は、放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放電管の中
に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズマを生成
するプラズマ発生室と、被処理物を収容し大気圧よりも
減圧された雰囲気を維持可能な処理チャンバと、前記プ
ラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸送管
と、を備え、前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつ
つ、前記放電管の内部において前記プラズマを生成する
ことにより分解したガスを前記チャンバ内に導入するこ
とにより前記被処理物を処理可能としたプラズマ処理装
置であって、前記輸送管の内壁が、前記放電管を構成す
る少なくともいずれかの元素と前記ガスとの反応生成物
により被覆されてなることを特徴とする。

【００２８】上記構成によれば、輸送管の内壁を反応生
成物により予め被覆しておくことにより、プラズマ処理
を繰り返した場合でも、処理速度の経時的な変動を抑え
ることができる。

【００２９】ここで、前記輸送管の温度を所定の範囲に
制御する温度制御機構をさらに備えたものとすれば、輸
送管の温度の変動に起因するプラズマ処理の処理速度の
変動も抑制することができる。

【００３０】また、前記放電管は、アルミナからなり、
前記輸送管の内壁がアルミニウムとフッ素との化合物に
より被覆されてなるものとすれば、フッ素系ガスを用い
たエッチング処理を実行するに際して、エッチング処理
を繰り返しても、エッチング速度の経時的な変動を抑え
ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００３２】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態として、放電管のクリーニングのためのバ
イパスラインを設けたプラズマ処理装置について説明す
る。

【００３３】図１は、本実施形態にかかるダウンフロー
型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。す
なわち、同図に表した装置は、プラズマ処理室１０とプ
ラズマ発生室２０とが輸送管３０により連結された構成
を有する。

【００３４】プラズマ処理室１０は、排気手段１２によ
り減圧雰囲気を維持可能とされ、その内部に配置された
載置台１４の上に半導体ウェーハやガラス基板などの被
処理物Ｗを載置することができる。

【００３５】プラズマ発生室２０は、例えば図１５に関
して前述したような構造を有し、マイクロ波導波管４０
から供給されるマイクロ波Ｍにより、ガス導入口２４か
ら導入されるプロセスガスＧのプラズマＰを励起させ
る。

【００３６】プラズマＰにより活性化したプロセスガス
Ｇのラジカルなどの活性種は、輸送管３０を通ってプラ
ズマ処理室１０内に載置された被処理物Ｗの表面に到達
し、エッチングやアッシングなどのプラズマ処理が行わ
れる。このようにして、プラズマＰに含まれる荷電粒子
などによる被処理物Ｗへの影響を抑制しつつ、所定のプ
ラズマ処理を施すことができる。

【００３７】さて、本実施形態においては、以上説明し
た構成に加えて、輸送管３０から分岐したバイパスライ
ン５０が設けられている。そしてさらに、輸送管３０と
処理室１０との間には開閉自在のバルブＶ１が設けら
れ、また輸送管３０とバイパスライン５０との間にも開
閉自在のバルブＶ２が設けられている。

【００３８】バイパスライン５０の他端は排気手段１２
に接続されて排気可能とされている。排気手段１２の入
口には、処理室１０とバイパスライン５０とを切り替え
可能なバルブＶ３を適宜設けてもよい。

【００３９】また、ガス導入口２４には、プラズマ処理
のために必要とされるプロセスガスＧの供給ラインの他
に、プラズマ発生室２０を洗浄するためのクリーニング
ガスＣを供給するラインが適宜設けられている。

【００４０】以上説明した構成を有するプラズマ処理装
置によれば、通常のプラズマ処理とは別に、クリーニン
グ処理を行うことができる。以下、これらの処理につい
て説明する。

【００４１】図２は、プラズマ処理の際の動作を表す模
式図である。すなわち、プラズマ処理の際には、バルブ
Ｖ１を開けて輸送管３０と処理室１０と連通させ、一
方、バルブＶ２は閉じてバイパスライン５０を遮断す
る。また、バルブＶ３を処理室１０側に切り替えて、排
気手段１２により処理室１０を排気可能な状態とする。

【００４２】この状態において、ガス導入口２４からプ
ロセスガスＧを供給し、プラズマ発生室２０においてプ
ロセスガスＧのプラズマＰを励起させる。そして、この
ようにして得られた活性種を輸送管３０を介して処理室
１０の被処理物Ｗに作用させることにより、エッチング
やアッシングなどの所定のプラズマ処理を施すことがで
きる。

【００４３】次に、クリーニングの際の動作について説
明する。

【００４４】図３は、クリーニング処理の際の動作を表
す模式図である。すなわち、クリーニング処理の際に
は、バルブＶ１を閉じて輸送管３０と処理室１０とを遮
断し、バルブＶ２を開けて輸送管３０とバイパスライン
５０とを連通させる。また、バルブＶ３をバイパスライ
ン５０側に切り替えて、排気手段１２によりバイパスラ
イン５０を排気可能な状態とする。

【００４５】この状態において、ガス導入口２４からク
リーニングガスＣを供給し、プラズマ発生室２０におい
てプラズマＰを励起させる。すると、プラズマ発生室２
０の内壁に堆積した生成物が分解され、輸送管３０、バ
イパスライン５０を介して排気手段１２により除去され
る。

【００４６】例えば、プラズマ発生室２０の内壁がアル
ミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）により形成され、プロセスガスＧと
して、ＣＦ_４やＮＦ_４などのフッ素（Ｆ）系ガスを用い
る場合、アルミナに含まれるアルミニウム（Ａｌ）がフ
ッ素（Ｆ）と反応してフッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）
が生成される。このようにプラズマ発生室２０の内壁に
堆積したフッ化アルミニウムを分解するためには、クリ
ーニングガスＣとして、酸素（Ｏ）を含有したガスを用
いることが有効である。すなわち、酸素を含有したプラ
ズマＰを励起させると、フッ化アルミニウムが分解し
て、揮発性のフッ素はバイパスライン５０を介して排出
される。その結果として、プラズマ発生室２０を洗浄す
ることができる。

【００４７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、装置を大気開放して放電管２２を装置から取り外す
必要がなく、バルブＶ１〜Ｖ３の開閉動作のみにより確
実且つ容易にクリーニングできる。またさらに、このク
リーニング処理に際しては、処理室１０を遮断した状態
とし、バイパスライン５０を介してクリーニングガスＣ
を排気するので、処理室１０を汚染する心配がない。

【００４８】その結果として、プラズマ発生室２０の洗
浄を迅速且つ容易に行うことができ、プラズマ処理のス
ループットを向上させ、処理品質も高いレベルに維持す
ることが可能となる。

【００４９】図４は、本実施形態にかかるプラズマ処理
装置の変型例を表す模式図である。同図については、図
１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一
の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５０】すなわち、本変型例においては、バイパス
ライン５０がバルブＶ２を介してプラズマ発生室２０の
上流側に接続されている。そして、プラズマ発生室２０
の上流側にはプロセスガスＧを導入するためのガス導入
口２４が設けられ、一方、プラズマ発生室２０の下流側
にはクリーニングガスＣを導入するためのガス導入口２
６が設けられている。

【００５１】この装置の動作について説明すると、ま
ず、プラズマ処理の際には、バルブＶ１を開け、バルブ
Ｖ２は閉じた状態とする。また、バルブＶ３は、処理室
１０側に切り替える。この状態において、排気手段１２
により処理室１０を排気しつつ、ガス導入口２４からプ
ロセスガスＧを導入して、プラズマ発生室２０において
プロセスガスのプラズマＰを励起させる。すると、得ら
れた活性種が輸送管３０を介して処理室１０に導入さ
れ、被処理物Ｗにプラズマ処理を施すことができる。

【００５２】一方、クリーニング処理の際には、バルブ
Ｖ１を閉じて、バルブＶ２を開けた状態とする。また、
バルブＶ３は、バイパスライン５０の側に切り替えた状
態とする。この状態において、排気手段１２によりバイ
パスライン５０を介して排気しつつ、ガス導入口２６か
らクリーニングガスＣを導入して、プラズマ発生室２０
においてプラズマＰを励起させる。すると、プラズマ発
生室２０の内壁に堆積した生成物が分解され、バイパス
ライン５０を介して排出させることができる。

【００５３】本変型例によれば、プラズマ発生室２０の
クリーニング処理の際に、輸送管３０を介することなく
クリーニングガスＣを排出するので、輸送管３０の汚染
の虞も解消することができる。

【００５４】なお、図１乃至図３において、バルブＶ１
及びＶ２は、それぞれ個別のバルブでなく、単一の切り
替えバルブとして構成されていてもよい。

【００５５】また同様に、図１乃至図３において、バル
ブＶ３は、単一の切り替えバルブでなく、それぞれが処
理チャンバ１０とバイパスライン５０に設けられた２つ
の開閉バルブとして構成されていてもよい。

【００５６】また、以上説明した図１乃至図４において
は、同一の排気手段１２にバルブＶ３を設けて処理室１
０とバイパスライン５０とを切り替え可能としたが、本
発明はこれに限定されず、処理室１０とバイパスライン
５０とを、それぞれ個別の排気手段により排気可能とし
てもよい。

【００５７】さらにまた、以上説明した図１乃至図４の
構成においても、必ずしもクリーニング中にパイパスラ
インを介して排気しなくても良い場合もあり得る。すな
わち、除去すべき堆積物の性質や堆積量などに応じて
は、バイパスラインを介さずに、処理チャンバを介して
排気しながらクリーニングしてもよい場合もある。

【００５８】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態として、放電管や輸送管に加熱手段を付加
することにより、効率的なクリーニングを可能としたプ
ラズマ処理装置について説明する。

【００５９】図５は、本実施形態にかかるダウンフロー
型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図であ
る。同図については、図１乃至図４に関して前述したも
のと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００６０】すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置
も、プラズマ処理室１０とプラズマ発生室２０とが輸送
管３０により連結された構成を有する。そして、プラズ
マ発生室２０の放電管２２の周囲にヒータ６０が設けら
れ、放電管２２を加熱可能としている。

【００６１】本実施形態の装置の場合も、プラズマ処理
に際しては、プロセスガスＧを導入し、プラズマ発生室
２０においてプラズマＰを励起させて、得られた活性種
を処理室１０に導入することにより、エッチングなどの
各種の処理を行うことができる。 一方、クリーニング
に際しては、ヒータ６０により放電管２２を加熱した状
態でクリーニングガスＣを供給する。すると、放電管２
２の内壁に堆積した生成物が蒸発してクリーニングガス
Ｃにより輸送され、排気手段１２により排出される。

【００６２】例えば、アルミナからなる放電管２２の内
壁に生成物としてフッ化アルミニウムが堆積した場合、
１００パスカル程度の圧力において放電管２２を５００
℃以上に加熱すると、図６に表したように、フッ化アル
ミニウムＤが顕著に蒸発する。本発明者の検討によれ
ば、放電管２２を８００℃程度まで加熱すると、極めて
迅速にフッ化アルミニウムを除去できることが分かっ
た。

【００６３】このように蒸発したフッ化アルミニウム
は、排気手段１２により排出され、放電管２２を洗浄す
ることができる。このように生成物を蒸発させて輸送す
る場合、クリーニングガスＣを蒸発物のキャリアガスと
して用いることとなる。この場合には、クリーニングガ
スＣとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガ
スを用いることができる。

【００６４】一方、クリーニングガスＣとして、放電管
２２の内壁に堆積した生成物を分解するガスを用いても
よい。例えば、酸素を含有したガスを流すと、フッ化ア
ルミニウムが分解されて揮発性のフッ素が生成される。
従って、ヒータ６０による加熱蒸発の効果と相乗して洗
浄効果をさらに上げることが可能となる。

【００６５】一方、本実施形態においては、プラズマ発
生室２０のみならず、輸送管３０にヒータを付加しても
よい。

【００６６】図７は、輸送管３０にヒータを付加したプ
ラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図である。こ
のように、輸送管３０にヒータ６０を設けて加熱するこ
とにより、輸送管３０の内壁に付着した生成物も蒸発・
分解させて除去することができる。

【００６７】また、このように輸送管３０も加熱可能と
すれば、プラズマ発生室２０のクリーニングの際に蒸発
した生成物が輸送管３０の内壁に再付着することも防ぐ
ことができる。

【００６８】またさらに、本実施形態において、第１実
施形態に関して前述したバイパスラインを付加してもよ
い。

【００６９】図８及び図９は、本実施形態にバイパスラ
インを付加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する
模式図である。これらの図については、図１乃至図７に
関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００７０】ここで、図８に例示した構成は図１に対応
し、図９に例示した構成は図４に対応する。

【００７１】すなわち、図８に例示した装置の場合、バ
ルブＶ１を閉じて処理室１０を遮断した状態で、プラズ
マ発生室２０や輸送管３０の加熱クリーニングが可能と
なる。

【００７２】また、図９に例示した装置の場合、バルブ
Ｖ１を閉じて輸送管３０と処理室１０を遮断した状態
で、プラズマ発生室２０の加熱クリーニングが可能とな
る。

【００７３】その結果として、プラズマ発生室２０（あ
るいは輸送管３０）においてヒータ６０により加熱され
て蒸発した生成物による処理室１０の汚染を防ぐことが
できる。

【００７４】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態として、プラズマ発生室において生成され
る反応生成物と同一の物質により輸送管の内壁を被覆す
ることにより、プラズマ処理の速度の変動を抑制したプ
ラズマ処理装置について説明する。

【００７５】図１０は、本実施形態にかかるダウンフロ
ー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図であ
る。同図についても、図１乃至図９に関して前述したも
のと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００７６】すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置
も、プラズマ処理室１０とプラズマ発生室２０とが輸送
管３０により連結された構成を有する。但し、本実施形
態においては、輸送管３０の内壁面上に被覆層７０が設
けられている。被覆層７０は、プラズマ処理に際してプ
ラズマ発生室２０において生成される反応生成物と同一
の材料からなる。従って、その材料は、プラズマ発生室
２０の放電管の材料と、プラズマ処理の際に導入するプ
ロセスガスＧとの組み合わせにより適宜決定される。

【００７７】例えば、放電管２２の材料としてアルミナ
を用い、プロセスガスとしてＣＦ_４などのフッ素（Ｆ）
系ガスを用いる場合は、前述したように、プラズマＰの
励起により、フッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）が反応生
成物として生成される。従って、この場合には、輸送管
３０の内壁をフッ化アルミニウムからなる被覆層７０に
より覆う。

【００７８】このような被覆層７０により輸送管３０の
内壁を被覆すると、プラズマ処理速度の変動を抑えるこ
とができる。これは、このような被覆層７０を設けるこ
とにより、輸送管３０における活性種の失活の程度を一
定に維持できるからであるとと考えられる。

【００７９】すなわち、ダウンフロー型の装置の場合、
プラズマ発生室２０で生成された活性種が処理室１０に
輸送される途中に金属材料が露出していると活性種が反
応して失活し、被処理物Ｗに対する処理速度が顕著に低
下するという問題がある。このため、これまでは、輸送
管３０の内壁面は、活性種と反応しにくい材料、例え
ば、四弗化樹脂（ＰＴＦＥ）またはアルミナ等のセラミ
ック材料などにより形成されていた。

【００８０】しかし、本発明の独自の検討の結果、輸送
管３０の内壁面を活性種と反応しにくい材料で構成した
場合でも、プラズマ処理を繰り返すと、経時的に処理速
度の低下が生ずることが分かった。そして、この原因
は、放電管２２を構成する材料とプロセスガスＧとの反
応生成物が輸送管３０の内壁面に堆積するためであるこ
とが判明した。つまり、このような反応生成物も、活性
種を失活させる作用を有するために、反応生成物が輸送
管３０の内壁面に堆積すると、これに触れた活性種が失
活して処理速度が低下する。その結果として、輸送管３
０の内壁面が清浄な状態と比較して処理速度の変動が生
ずることとなる。

【００８１】そこで、本実施形態においては、輸送管３
０の内壁を反応生成物と同一の材料からなる被覆層７０
により予め覆っておく。このようにすれば、輸送管３０
における活性種の失活の程度は最初から一定であるの
で、プラズマ処理を繰り返しても処理速度は変動しな
い。換言すると、プラズマ処理の速度を最初から安定レ
ベルに低下させておくことにより、速度の変動を抑える
ことができる。

【００８２】本発明者は、実験により本実施形態の効果
を確認した。

【００８３】図１１は、本実験において用いた放電管２
２及び輸送管３０の一部を表す模式断面図である。ここ
で、本実験においては、放電管２２としてアルミナ管を
用い、輸送管３０の内壁面に、それぞれ金属（ＳＵＳ３
１６Ｌ）、石英（Ａ５０５２）、四フッ化テフロン（登
録商標）（ＰＴＦＥ）、およびフッ化アルミニウム（Ａ
ｌＦ_３）がそれぞれ露出したものを用いて比較した。ま
た、放電管２２と輸送管３０とは、継ぎ手２８により接
続され、Ｏリング２９により気密が維持されている。

【００８４】そして、プロセスガスＧとして、四フッ化
炭素（ＣＦ_４）と酸素（Ｏ２）とを３：１の割合で混合
したガスを用い、圧力４０パスカル（Ｐａ）、マイクロ
波の投入パワー７００Ｗの条件でプラズマを生成し、直
径２００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェーハに１分間のエ
ッチング処理を繰り返した。

【００８５】図１２は、この実験の結果を表すグラフ図
である。すなわち、同図の横軸は処理回数、縦軸はシリ
コンウェーハのエッチング速度をそれぞれ表す。

【００８６】この結果から、まず、輸送管３０の内壁面
に金属（ＳＵＳ３１６Ｌ）が露出している場合（長破
線）は、プラズマ処理を繰り返すに従って、エッチング
速度が上昇することが分かる。これは、反応生成物であ
るフッ化アルミニウムよりも金属のほうが活性種を失活
させる作用が強いからである。つまり、プラズマ処理を
繰り返して輸送管３０の内壁がフッ化アルミニウムが徐
々に堆積するに従って、活性種の失活の程度が低下する
ために、エッチング速度が増加の方向に変動する。

【００８７】次に、輸送管３０の内壁面に石英（Ａ５０
５２）を露出させた場合（短破線）と四フッ化テフロン
（ＰＴＦＥ）を露出させた場合（一点鎖線）について見
ると、エッチング速度が徐々に低下していることが分か
る。これは、これらの材料は、反応生成物であるフッ化
アルミニウムよりも活性種を失活させにくいからであ
る。つまり、当初は、輸送管３０の内壁にこれらの材料
が露出しているために、活性種の失活が少ないものの、
プラズマ処理を繰り返して輸送管３０の内壁にフッ化ア
ルミニウムが堆積するに従って活性種の失活が増えてエ
ッチング速度が低下の方向に変動する。

【００８８】これに対して、輸送管３０の内壁をフッ化
アルミニウムにより被覆した場合（実線）は、当初から
エッチング速度がやや低めであるものの、エッチング処
理を繰り返してもエッチング速度の変動は小さく、極め
て安定した処理を継続的に行うことができる。

【００８９】このように、本実施形態によれば、半導体
装置や液晶ディスプレイをはじめとした各種の製造現場
において、極めて精密かつ高い再現性が要求されるエッ
チング工程を高い歩留まりで実施することが可能とな
る。

【００９０】またさらに、本発明者は、輸送管３０の内
壁における活性種の失活が、その内壁面の温度に依存す
ることも見いだした。具体的には、例えば、輸送管３０
の温度が上昇すると活性種の失活が顕著となる現象が見
られた。

【００９１】図１３は、かかる知見に基づいて得られた
本実施形態の変型例にかかるプラズマ処理装置の要部を
表す模式図である。すなわち、本変型例においては、輸
送管３０の周囲に、温度制御機構８０が設けられてい
る。この温度制御機構８０は、輸送管３０の温度を所定
の範囲に維持する役割を有する。従って、加熱手段を調
節することにより、周囲温度よりも高い所定の温度範囲
に維持するように制御してもよく、または、冷却手段を
調節することにより、周囲温度よりも低い所定の温度範
囲に維持するように制御してもよい。または、加熱手段
と冷却手段とを適宜調節することにより、任意の温度範
囲に維持可能としてもよい。

【００９２】このような温度制御機構８０を設けること
により、輸送管３０の温度の変動を抑え、その結果とし
て、プラズマ処理の速度の変動を抑制することができ
る。

【００９３】図１４は、本発明者が行った実験の結果を
表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は時間、縦
軸はエッチング速度をそれぞれ表す。ここでは、シリコ
ンウェーハのエッチングを所定の回数だけ繰り返した後
に、所定の時間だけ装置を休止させ、しかる後にまたシ
リコンウェーハのエッチングを所定の回数だけ繰り返
す、という動作を繰り返した。また、ここで、輸送管３
０の内壁は、フッ化アルミニウムにより予め被覆した。

【００９４】図１４を見ると、輸送管３０に温度制御機
構８０を設けない場合（破線）は、時間の経過ととも
に、まずエッチング速度が低下し、しかる後に上昇する
というサイクルを繰り返すことが分かる。このエッチン
グ速度の低下は、プラズマ処理を繰り返している期間に
対応し、輸送管３０の温度が徐々に上昇することにより
活性種の失活が増加することに起因するものと考えられ
る。そして、休止期間に輸送管３０の温度が低下するこ
とにより、エッチング速度は、当初のレベルまで回復す
る。

【００９５】これに対して、温度制御機構８０を設けて
輸送管３０の温度を約１００℃程度に維持した場合（実
線）は、エッチング速度の変動は極く微小の範囲に抑え
られている。

【００９６】このように、温度制御機構８０を設けるこ
とより、輸送管３０の温度の変動に起因するプラズマ処
理速度の変動を抑制し、より安定した高い再現性のプラ
ズマ処理を継続的に実施することが可能となる。

【００９７】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。

【００９８】例えば、本発明のプラズマ処理装置が備え
るプラズマ発生室、輸送管、プラズマ処理室をはじめと
する各要素の構造や形状、配置関係、材質などに関して
は、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択採用し
たものも本発明の範囲に包含される。

【００９９】より具体的には、例えば、放電管と導波管
との関係や、処理室におけるエッチングガスの導入部と
被処理物と排気口との配置関係などについても、当業者
が適宜設計変更したものは本発明の範囲に包含される。

【０１００】その他、本発明の要素を具備し、当業者が
適宜設計変更しうる全てのエッチング装置は本発明の範
囲に包含される。

【０１０１】

【発明の効果】本発明は、以上説明した形態で実施さ
れ、以下に説明する効果を奏する。

【０１０２】まず、本発明によれば、クリーニングガス
を排出するためのバイパスラインを設けることにより、
装置を大気開放して放電管や輸送管を装置から取り外す
必要がなく、バルブの開閉動作のみにより確実且つ容易
にクリーニングできる。

【０１０３】またさらに、このクリーニング処理に際し
ては、処理室を遮断した状態とし、バイパスラインを介
してクリーニングガスを排気するので、処理室を汚染す
る心配も解消される。その結果として、プラズマ発生室
の洗浄を迅速且つ容易に行うことができ、プラズマ処理
のスループットを向上させ、処理品質も高いレベルに維
持することが可能となる。

【０１０４】また、本発明によれば、放電管から輸送管
を介することなくクリーニングガスを排出できるバイパ
スラインを設けることにより、プラズマ発生室のクリー
ニング処理の際に、輸送管の汚染の虞も解消することが
できる。

【０１０５】また、本発明によれば、放電管を加熱する
ことにより、フッ化アルミニウムなどの反応生成物を迅
速に蒸発させて除去することが可能となる。

【０１０６】また、本発明によれば、輸送管の内壁を反
応生成物と同一の材料からなる被覆層により予め覆って
おくことにより、輸送管における活性種の失活の程度を
最初から一定とし、プラズマ処理を繰り返しても処理速
度は変動せず、安定したプラズマ処理を継続的に実施で
きる。

【０１０７】特に、近年の半導体装置や液晶ディスプレ
イの製造に際しては、素子サイズの微細化などにより、
極めて精密なエッチングや表面処理などのプラズマ処理
が要求される場合も多く、これに対処するための高い再
現性や安定性を有するプラズマ処理装置が必要とされて
いる。本発明によれば、このような要求に応えるプラズ
マ処理装置を提供できる。

【０１０８】以上説明したように、本発明によれば、シ
ンプルな装置構成により安定した精密なプラズマ処理を
継続的に再現可能なプラズマ処理装置を提供することが
でき、産業上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかるダウンフロー
型プラズマ処理装置の概略構成を表す模式図である。

【図２】プラズマ処理の際の動作を表す模式図である。

【図３】クリーニング処理の際の動作を表す模式図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理
装置の変型例を表す模式図である。

【図５】本発明の第２の実施形態にかかるダウンフロー
型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図であ
る。

【図６】放電管２２において加熱によりフッ化アルミニ
ウムＤが顕著に蒸発する様子を表す概念図である。

【図７】輸送管３０にヒータを付加したプラズマ処理装
置の要部構成を例示する模式図である。

【図８】本発明の第２の実施形態にバイパスラインを付
加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図で
ある。

【図９】本発明の第２の実施形態にバイパスラインを付
加したプラズマ処理装置の要部構成を例示する模式図で
ある。

【図１０】本発明の第３の実施形態にかかるダウンフロ
ー型プラズマ処理装置の要部概略構成を表す模式図であ
る。

【図１１】本発明者の実験において用いた放電管２２及
び輸送管３０の一部を表す模式断面図である。

【図１２】本発明の実験の結果を表すグラフ図である。

【図１３】本発明の知見に基づいて得られた本実施形態
の変型例にかかるプラズマ処理装置の要部を表す模式図
である。

【図１４】本発明者が行った実験の結果を表すグラフ図
である。

【図１５】従来のダウンフロー型プラズマ処理装置の概
略構成を表す模式図である。

【符号の説明】

１０ 処理チャンバ １２ 排気手段 １４ 載置台 ２０ プラズマ発生室 ２２ 放電管 ２４、２６ ガス導入口 ２８ 継ぎ手 ２９ Ｏリング ３０ 輸送管 ４０ マイクロ波導波管 ５０ バイパスライン ６０ ヒータ ７０ 被覆層 ８０ 温度制御機構 １１０ プラズマ処理室 １１０ 処理室 １１２ 排気手段 １１４ 載置台 １２０ プラズマ発生室 １２０Ａ プラズマ発生領域 １２０Ｃ スリット １２２ 放電管 １２４ ガス導入口 １３０ 輸送管 １４０ 導波管 Ｃ クリーニングガス Ｄ フッ化アルミニウム Ｇ プロセスガス Ｍ マイクロ波 Ｐ プラズマ Ｖ１〜Ｖ３ バルブ Ｗ 被処理物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 端生 神奈川県横浜市栄区笠間二丁目５番１号 芝浦メカトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 DA06 EA03 EA11 FA02 KA30 5F004 AA15 BA20 BB14 BB18 BB28 BC02 BC03 CA01 CA09

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス導入部と、 前記ガス導入部から導入されたガスに電磁波を作用させ
   てプラズマを生成するプラズマ発生室と、 被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持
   可能な処理チャンバと、 前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸
   送管と、 排気手段と、 前記輸送管と前記排気手段とを接続するバイパスライン
   と、 を備え、 前記ガス導入部から導入されたガスを前記処理チャンバ
   を介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段によ
   り排出可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】第１のガス導入部と、 第２のガス導入部と、 前記第１及び第２のガス導入部の間に設けられ、これら
   のガス導入部から導入されたガスに電磁波を作用させて
   プラズマを生成するプラズマ発生室と、 被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持
   可能な処理チャンバと、 前記プラズマ発生室の一端と前記処理チャンバとを接続
   する輸送管と、 排気手段と、 前記プラズマ発生室の他端と前記排気手段とを接続する
   バイパスラインと、 を備え、 前記第１のガス導入部から前記プラズマ発生室に導入さ
   れたガスを前記輸送管及び前記処理チャンバを介さず前
   記バイパスラインを介して前記排気手段により排出可能
   としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放
   電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズ
   マを生成するプラズマ発生室と、 被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持
   可能な処理チャンバと、 前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸
   送管と、 前記放電管を加熱する加熱手段と、 を備え、 前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管
   の内部において前記プラズマを生成することにより分解
   したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被
   処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、 前記加熱手段により前記放電管を加熱することにより前
   記放電管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能とした
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放
   電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズ
   マを生成するプラズマ発生室と、 被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持
   可能な処理チャンバと、 前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸
   送管と、 前記輸送管を加熱する加熱手段と、 を備え、 前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管
   の内部において前記プラズマを生成することにより分解
   したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被
   処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、 前記加熱手段により前記輸送管を加熱することにより前
   記輸送管の内壁に堆積した反応生成物を除去可能とした
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】排気手段と、 前記輸送管と前記排気手段とを接続するバイパスライン
   と、 をさらに備え、 前記加熱手段の加熱により除去された前記反応生成物を
   前記処理チャンバを介さず前記バイパスラインを介して
   前記排気手段により排出可能としたことを特徴とする請
   求項３または４に記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】排気手段と、 前記輸送管を介することなく前記放電管と前記排気手段
   とを接続するバイパスラインと、 をさらに備え、 前記加熱手段の加熱により前記放電管の内壁から除去さ
   れた前記反応生成物を前記輸送管及び前記処理チャンバ
   を介さず前記バイパスラインを介して前記排気手段によ
   り排出可能としたことを特徴とする請求項３記載のプラ
   ズマ処理装置。
7. 【請求項７】前記被処理物を処理するためのプロセスガ
   スを前記プラズマ発生室に導入する第１のガス導入手段
   と、 前記プラズマ発生室あるいは前記輸送管の少なくともい
   ずれかをクリーニングするためのクリーニングガスを前
   記プラズマ発生室に導入する第２のガス導入手段と、 をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   か１つに記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】放電管と電磁波導入手段とを有し、前記放
   電管の中に導入されたガスに電磁波を作用させてプラズ
   マを生成するプラズマ発生室と、 被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持
   可能な処理チャンバと、 前記プラズマ発生室と前記処理チャンバとを接続する輸
   送管と、 を備え、 前記チャンバ内を大気圧よりも減圧しつつ、前記放電管
   の内部において前記プラズマを生成することにより分解
   したガスを前記チャンバ内に導入することにより前記被
   処理物を処理可能としたプラズマ処理装置であって、 前記輸送管の内壁が、前記放電管を構成する少なくとも
   いずれかの元素と前記ガスとの反応生成物により被覆さ
   れてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】前記輸送管の温度を所定の範囲に制御する
   温度制御機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８
   記載のプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】前記放電管は、アルミナからなり、 前記輸送管の内壁がアルミニウムとフッ素との化合物に
    より被覆されてなることを特徴とする請求項８または９
    に記載のプラズマ処理装置。